CN110981228B - 一种高钙活性石灰 - Google Patents

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Abstract

本发明属于材料领域，具体涉及一种高钙活性石灰；通过预处理、活化、除杂等步骤，对SiO2、Fe2O3总含量＞3％的低品级石灰石进行利用，经过本发明的工艺生产出的活性石灰含钙量达到97.3％，碳含量低于0.5％，硫含量低于0.02％，SiO2含量低于1.0％，Fe2O3含量低于1.0％，使生产出的活性石灰杂质少、可达到各领域的标准，扩大了应用范围。

Description

一种高钙活性石灰
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种高钙活性石灰。
背景技术
活性石灰，即生石灰，是通过煅烧石灰石、贝壳等获得，是一种质量好的轻烧石灰，其气孔率高、比表面积大、体积密度低、杂质较少，广泛应用于建筑、化工、环境等领域。但在应用时由于各领域对活性石灰的氧化钙、碳、硫含量的要求不同，导致活性石灰生产线较为单一，可用于制作建筑涂料的活性石灰由于含碳量达不到标准而不能用于炼钢，使得同样是生产活性石灰，却不能同时应用于各个领域，限制了活性石灰的应用范围。
传统工艺在煅烧石灰石生产活性石灰时，由于石灰石的粒度区间较大，或煅烧时窑中温度分布不均等原因，石灰中常含有欠火石灰和过火石灰。欠火石灰中的碳酸钙未完全分解，使用时缺乏粘结力。过火石灰结构密实，表面常包覆一层熔融物，溶化很慢。在煅烧过程中，石灰的传热速率远小于石灰石的传热速率，随着外层的石灰层越来越厚，导致向内层石灰石颗粒的传热速率会越来越慢，当煅烧时间越长，石灰石表面会出现过烧“瓷化”的现象，使得煅烧时产生的二氧化碳难以排出，脱碳不完全，进而影响活性石灰的活性度。
公开号为CN110104969A的专利文件公开了一种活性石灰的生产工艺，其是通过对石灰石减压预热、加碳素煅烧等步骤来降低活性石灰中C、S元素含量，以达到提高活性石灰活性度的目的。首先，此工艺中并未说明所选用的石灰石品级，我们知道，对于不同的矿源所出产的石灰石其所含成分是有较大区别的，此工艺主要是针对于C、S两种杂质的去除，而石灰石中所含有的有害杂质主要有SiO2、Fe2O3等，在此工艺中并未对这些主要杂质进行处理。其次，此工艺在煅烧时添加了碳素，虽然加速了硫酸钙的分解，但同时会不会往活性石灰中引入新的C杂质是不得而知的。
因此，需要找到一种能尽可能降低活性石灰中杂质含量，同时提高其活性度，使其能同时满足各领域对活性石灰要求的生产工艺。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供了一种高钙活性石灰。
具体是通过以下技术方案来实现的：
1、选取SiO2、Fe2O3总含量＞3％的低品级石灰石，以磁铁除去石灰石中的铁碎屑，再以碱溶液浸泡4-8h后，经水洗干燥得到预处理后的石灰石；
2、制备分散剂：以乙醇为溶剂，添加溶剂质量3-5％的醇胺及溶剂质量12-17％的有机磷酸盐制成；
3、将经预处理后的石灰石破碎成颗粒，其粒径为40-60mm，在石灰石颗粒中加入分散剂，边搅拌边照射波长为190-280nm的紫外光，照射时长为1-1.5h；
4、将氢氧化钙与水按体积比1-1.2:2-3的比例制成悬浮液，即络合剂，在石灰石颗粒中加入络合剂，持续加热至200-240℃，同时辅以电场作用，电压值为2800-3200V，用强酸溶液洗涤，再用酸处理后滴入海藻酸钠，出现透明的球状凝胶，持续搅拌至凝胶透明度降低，在真空负压条件下分离凝胶和石灰石，将石灰石部分过滤脱水，再经双氧水洗、水洗、干燥后用球磨机磨成粒径为8-12mm的粉末；
5、制备改性氧化锌：将氧化锌经液氮处理后粉碎，加入浓度为30-40％的盐酸溶液和聚丙烯酰胺的混合溶液中得氧化锌分散液，其中，盐酸和聚丙烯酰胺的体积比为2.4-2.8:0.2-0.6，升温至55-70℃进行超声波处理后过滤干燥，其中，超声波频率为20-22KHz，再于300-350℃下焙烧2h即得到改性氧化锌；
6、制备催化剂：将浓度为50-60％的氯化钙溶液以等体积浸渍法负载在改性氧化锌上，干燥后于450-500℃下焙烧1-1.5h后研磨得到；
7、煅烧：在回转窑中加入催化剂同石灰石粉末进行煅烧，煅烧温度为925-1000℃，煅烧时间2-3.5h，冷却即得到高钙活性石灰。
综上所述，本发明的有益效果在于：本发明通过预处理、活化、除杂等步骤，对SiO2、Fe2O3总含量＞3％的低品级石灰石进行利用，经过本发明的工艺生产出的活性石灰含钙量达到97.3％，碳含量低于0.5％，硫含量低于0.02％，SiO2含量低于1.0％，Fe2O3含量低于1.0％，使生产出的活性石灰杂质少、可达到各领域的标准，扩大了应用范围。
其中，对低品级石灰石先用碱溶液浸泡进行预处理，可使石灰石孔隙打开，以便后续步骤的进行，同时可除去在石灰石采挖过程中所附带的部分植物、虫卵等生物质。再以乙醇为溶剂，添加醇胺和有机磷酸盐制备分散剂，同时辅以紫外光照射，使分散剂有效分散至经预处理打开的石灰石孔隙中，在将部分金属离子络合的同时保护碳酸钙不损失，以提高后续氧化钙的含量。以氢氧化钙制成的悬浮液在高温加热的条件下可与二氧化硅反应生成硅酸钙，即可将石灰石中的二氧化硅有效去除，同时辅以电压值为2800-3200V的电场作用，在电场作用下可改变碳酸钙晶型，降低成核速率，使碳酸钙被解离成钙离子和碳酸根离子，在后续煅烧时更易形成氧化钙，使得活性石灰的含钙量更高。用酸溶液处理不仅可去除石灰石中的Fe2O3，还可以溶解硅酸钙和多余的氢氧化钙，进一步减少石灰石中的杂质，而在酸性环境下，海藻酸钠会迅速与溶液中游离的金属离子发生离子交换生成凝胶，使杂质金属离子被凝胶所包裹固定，在后续真空负压条件下被完全分离。分离出的石灰石经双氧水洗，过氧化氢与残留的氢氧化钙反应生成过氧化钙，在进一步减少残余杂质的同时对石灰石也起到了消毒、漂白的作用。以氯化钙负载在改性氧化锌上所制备的催化剂，可有效避免传统以煤气等作为催化剂导致含碳量过高、引入新杂质、煅烧不均匀等现象。经液氮处理可将氧化锌的比表面积迅速增大，再以盐酸和聚丙烯酰胺对其进行改性，提高了阻燃性、耐高温性和导热性，且对环境友好无污染，使石灰石的煅烧更均匀更充分。对石灰石颗粒的粒径和煅烧温度进行限定则是由于当石灰石颗粒过大或煅烧温度过低时，石灰石颗粒在未完全煅烧时即发生硫化，形成同时煅烧硫化现象。快速加热煅烧时，所得为细粒晶体结构的石灰，活性高；缓慢加热煅烧时，所得为粗晶体结构的石灰，活性低，长时间高温会使石灰石表面过烧导致瓷化。而在900℃以下进行煅烧时，石灰石中的杂质能与氧化钙发生反应，促使氧化钙微粒间融合，从而导致微粒结晶粗大化。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明权利要求所要求保护的范围。
实施例1
1、选取SiO2、Fe2O3总含量＞3％的低品级石灰石，以磁铁除去石灰石中的铁碎屑，再以氢氧化钠溶液浸泡6h后，经水洗干燥得到预处理后的石灰石；
2、制备分散剂：以乙醇为溶剂，添加溶剂质量4％的单乙醇胺及溶剂质量15％的乙二胺四甲叉磷酸钠制成；
3、将经预处理后的石灰石破碎成颗粒，其粒径为50mm，在石灰石颗粒中加入分散剂，边搅拌边照射波长为235nm的紫外光，照射时长为1.5h；
4、将氢氧化钙与水按体积比1:2.5的比例制成悬浮液，即络合剂，在石灰石颗粒中加入络合剂，持续加热至220℃，同时辅以电场作用，电压值为3000V，用硝酸溶液洗涤，再用酸处理后滴入海藻酸钠，出现透明的球状凝胶，持续搅拌至凝胶透明度降低，在真空负压条件下分离凝胶和石灰石，将石灰石部分过滤脱水，再经双氧水洗、水洗、干燥后用球磨机磨成粒径为10mm的粉末；
5、制备改性氧化锌：将氧化锌经液氮处理后粉碎，加入浓度为35％的盐酸溶液和聚丙烯酰胺的混合溶液中得氧化锌分散液，其中，盐酸和聚丙烯酰胺的体积比为2.6:0.4，升温至62℃进行超声波处理后过滤干燥，其中，超声波频率为21KHz，再于325℃下焙烧2h即得到改性氧化锌；
6、制备催化剂：将浓度为55％的氯化钙溶液以等体积浸渍法负载在改性氧化锌上，干燥后于475℃下焙烧1.5h后研磨得到；
7、煅烧：在回转窑中加入催化剂同石灰石粉末进行煅烧，煅烧温度为970℃，煅烧时间3h，冷却即得到高钙活性石灰。
所生产的高钙活性石灰可应用于制备建筑涂料、石灰乳、硅酸盐制品。
实施例2
1、选取SiO2、Fe2O3总含量＞3％的低品级石灰石，以磁铁除去石灰石中的铁碎屑，再以氢氧化钾溶液浸泡8h后，经水洗干燥得到预处理后的石灰石；
2、制备分散剂：以乙醇为溶剂，添加溶剂质量5％的二乙醇胺及溶剂质量17％的二乙烯三胺五甲叉磷酸盐制成；
3、将经预处理后的石灰石破碎成颗粒，其粒径为60mm，在石灰石颗粒中加入分散剂，边搅拌边照射波长为280nm的紫外光，照射时长为1h；
4、将氢氧化钙与水按体积比1.2:2的比例制成悬浮液，即络合剂，在石灰石颗粒中加入络合剂，持续加热至240℃，同时辅以电场作用，电压值为3200V，用盐酸溶液洗涤，再用酸处理后滴入海藻酸钠，出现透明的球状凝胶，持续搅拌至凝胶透明度降低，在真空负压条件下分离凝胶和石灰石，将石灰石部分过滤脱水，再经双氧水洗、水洗、干燥后用球磨机磨成粒径为12mm的粉末；
5、制备改性氧化锌：将氧化锌经液氮处理后粉碎，加入浓度为340％的盐酸溶液和聚丙烯酰胺的混合溶液中得氧化锌分散液，其中，盐酸和聚丙烯酰胺的体积比为2.8:0.2，升温至70℃进行超声波处理后过滤干燥，其中，超声波频率为22KHz，再于350℃下焙烧2h即得到改性氧化锌；
6、制备催化剂：将浓度为60％的氯化钙溶液以等体积浸渍法负载在改性氧化锌上，干燥后于500℃下焙烧1h后研磨得到；
7、煅烧：在回转窑中加入催化剂同石灰石粉末进行煅烧，煅烧温度为1000℃，煅烧时间2h，冷却即得到高钙活性石灰。
所生产的活性石灰可用于冶金炼钢行业。
实施例3
1、选取SiO2、Fe2O3总含量＞3％的低品级石灰石，以磁铁除去石灰石中的铁碎屑，再以氢氧化钾溶液浸泡4h后，经水洗干燥得到预处理后的石灰石；
2、制备分散剂：以乙醇为溶剂，添加溶剂质量3％的三乙醇胺及溶剂质量12％的胺三甲叉磷酸盐制成；
3、将经预处理后的石灰石破碎成颗粒，其粒径为40mm，在石灰石颗粒中加入分散剂，边搅拌边照射波长为190nm的紫外光，照射时长为1.5h；
4、将氢氧化钙与水按体积比1:3的比例制成悬浮液，即络合剂，在石灰石颗粒中加入络合剂，持续加热至200℃，同时辅以电场作用，电压值为2800V，用强酸溶液洗涤，再用酸处理后滴入海藻酸钠，出现透明的球状凝胶，持续搅拌至凝胶透明度降低，在真空负压条件下分离凝胶和石灰石，将石灰石部分过滤脱水，再经双氧水洗、水洗、干燥后用球磨机磨成粒径为8mm的粉末；
5、制备改性氧化锌：将氧化锌经液氮处理后粉碎，加入浓度为30％的盐酸溶液和聚丙烯酰胺的混合溶液中得氧化锌分散液，其中，盐酸和聚丙烯酰胺的体积比为2.4:0.6，升温至55℃进行超声波处理后过滤干燥，其中，超声波频率为20KHz，再于300℃下焙烧2h即得到改性氧化锌；
6、制备催化剂：将浓度为50％的氯化钙溶液以等体积浸渍法负载在改性氧化锌上，干燥后于450℃下焙烧1.5h后研磨得到；
7、煅烧：在回转窑中加入催化剂同石灰石粉末进行煅烧，煅烧温度为925℃，煅烧时间3.5h，冷却即得到高钙活性石灰。
所生产的活性石灰可应用于精细化工新材料领域，制作如PVC热稳定剂等新材料。
对比例1：本实验在与实施例1的同等条件下，不对石灰石进行预处理；
对比例2：本实验在与实施例1的同等条件下，将分散剂更换为等量的乙醇溶液；
对比例3：本实验在与实施例1的同等条件下，将分散剂更换为等量的醇胺溶液；
对比例4：本实验在与实施例1的同等条件下，将分散剂更换为等量的有机磷酸盐溶液；
对比例5：本实验在与实施例1的同等条件下，不进行紫外光照射；
对比例6：本实验在与实施例1的同等条件下，不进行电场作用；
对比例7：本实验在与实施例1的同等条件下，将电场的电压值更改为1000V；
对比例8：本实验在与实施例1的同等条件下，将强酸溶液更换为弱酸；
对比例9：本实验在与实施例1的同等条件下，不添加海藻酸钠进行沉降处理；
对比例10：本实验在与实施例1的同等条件下，不用双氧水洗涤；
对比例11：本实验在与实施例1的同等条件下，将催化剂更换为传统的煤气进行煅烧；
对比例12：本实验在与实施例1的同等条件下，将煅烧温度更换为800℃；
对比例13：本实验在与实施例1的同等条件下，将煅烧温度更换为1500℃；
对上述实验所生产的活性石灰进行理化数据测定，其中，石灰活性度以在10min内，中和生石灰消化时产生的氢氧化钙所消耗的4mol/L盐酸的毫升数表示，并与实施例1进行对比，结果如表1所示。
表1
项目 CaO SiO<sub>2</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> C S 活性度(ml)
实施例1 97.3％ 0.6％ 0.4％ 0.4％ 0.01％ 521
对比例1 96.4％ 0.9％ 0.7％ 0.5％ 0.01％ 517
对比例2 97.6％ 1.7％ 1.3％ 0.5％ 0.01％ 526
对比例3 94.2％ 1.1％ 0.8％ 0.5％ 0.01％ 492
对比例4 94.8％ 0.4％ 0.3％ 0.4％ 0.01％ 501
对比例5 96.7％ 0.7％ 0.6％ 0.5％ 0.01％ 519
对比例6 94.4％ 0.7％ 0.4％ 0.4％ 0.01 497
对比例7 95.8％ 1.0％ 0.8％ 0.6％ 0.01％ 506
对比例8 97.4％ 0.7％ 1.4％ 0.5％ 0.01％ 523
对比例9 97.2％ 0.9％ 0.8％ 0.8％ 0.01％ 518
对比例10 96.7％ 0.6％ 0.5％ 0.4％ 0.01％ 504
对比例11 94.4％ 0.6％ 0.3％ 1.2％ 0.02％ 485
对比例12 92.5％ 0.4％ 0.3％ 1.4％ 0.02％ 461
对比例13 95.1％ 0.7％ 0.4％ 0.7％ 0.01％ 468
由实验结果可知，不用碱溶液对石灰石进行预处理时，石灰石孔隙未打开，有部分杂质不能被有效暴露出来，分散剂分散不充分，对金属离子络合不足。乙醇只能保护碳酸钙，故所生产的石灰氧化钙含量高，醇胺有一定的络合作用，但络合能力较差，有机磷酸盐络合能力强，但氧化钙含量相对较低，不进行紫外光照射，分散剂分散不均匀，络合效果较差。电场电压小于2800V时由于电场强度不够，不仅没有使碳酸钙解离，反而增加了石灰石中杂质的生成。弱酸对铁的去除效果不够好，但对氧化钙的含量不造成损失。由于海藻酸钠也会与钙离子发生离子交换生成凝胶，所以不用海藻酸钠进行沉降处理时虽然氧化钙含量较高，但同时杂质也较多。不使用双氧水洗涤时会残留氢氧化钙等杂质，附着在石灰表面，降低活性度，且所生产的石灰颜色偏黄，品相稍差。使用传统的煤气煅烧，含碳量高，煅烧不充分氧化钙含量低，石灰活性度低。将温度降至900℃以下时，杂质与氧化钙反应，氧化钙含量低，碳含量高，活性度严重降低。长时间进行高温煅烧时使石灰表面过烧导致瓷化，活性度严重降低。

Claims (1)

1.一种高钙活性石灰，其特征在于，其是由SiO2、Fe2O3总含量＞3%的低品级石灰石为原料所生产的；所述的低品级石灰石是经过预处理的；所述的预处理，是先以磁铁除去石灰石中的铁碎屑，再以碱溶液浸泡后，经水洗干燥得到；
所述的活性石灰其生产方法包括以下步骤：
a.破碎：将经预处理后的石灰石破碎成颗粒，其粒径为40-60mm；
b.活化：在石灰石颗粒中加入分散剂，边搅拌边照射紫外光；
所述的分散剂，是以乙醇为溶剂，添加溶剂质量3-5%的醇胺及溶剂质量12-17%的有机磷酸盐制成；
c.除杂：继续加入络合剂，持续加热至200-240℃，同时辅以电场作用，电压值为2800-3200V，用强酸溶液洗涤，再进行沉降处理后过滤脱水，再经双氧水洗、水洗、干燥后用球磨机磨粉，粒径为8-12mm；
所述的络合剂，是指氢氧化钙悬浮液，其中，氢氧化钙与水的体积比为1-1.2:2-3；
所述的沉降处理，是用酸处理后滴入海藻酸钠，出现透明的球状凝胶，持续搅拌至凝胶透明度降低，在真空负压条件下分离凝胶和石灰石；
d.煅烧：在回转窑中加入催化剂同石灰石粉末进行煅烧；
所述的催化剂，是将氯化钙负载在改性氧化锌上制备而成；
所述的改性氧化锌，其制备方法为：将氧化锌经液氮处理后粉碎，加入盐酸和聚丙烯酰胺的混合溶液中得氧化锌分散液，升温进行超声波处理后过滤干燥，再进行焙烧即得到改性氧化锌。
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